Новая языковая модель MIT оптимизирует кодоны для промышленного производства белков, повышая выход продукта на 30–50% без лабораторных итераций.
Технология сокращает этап разработки биопрепаратов, который сегодня занимает 15–20% бюджета коммерциализации.
Модель Pichia-CLM обучается на естественных последовательностях дрожжей и учитывает биохимические принципы, а не просто частоту кодонов.
В феврале 2026 года исследователи Массачусетского технологического института представили инструмент, который может изменить экономику разработки биологических препаратов. Речь идёт о языковой модели Pichia-CLM — системе на базе архитектуры encoder-decoder, которая оптимизирует генетические последовательности для промышленного производства белков в дрожжах Komagataella phaffii.
Почему это важно? Сегодня процесс создания нового биопрепарата — от идеи до промышленного выпуска — включает десятки экспериментальных итераций. Инженерам приходится вручную подбирать последовательности ДНК, тестировать их в клетках, измерять выход белка и повторять цикл. На этапе разработки уходит 15–20% от общей стоимости вывода препарата на рынок. Новая модель MIT обещает сократить эти затраты, предсказывая оптимальные кодоны с точностью, превышающей коммерческие аналоги.
Как работает Pichia-CLM: от «языка» ДНК к предсказанию
В основе подхода — идея, что генетический код можно рассматривать как язык. В ДНК 64 возможных кодона (трёхбуквенных последовательности), но только 20 аминокислот. Это означает, что большинство аминокислот кодируются несколькими кодонами. Разные организмы используют эти кодоны с разной частотой, и традиционные методы оптимизации просто выбирают наиболее частые варианты. Однако такой подход игнорирует контекст: соседние кодоны, удалённые взаимодействия и биохимические ограничения клетки.
Модель MIT обучалась на публичном наборе данных NCBI, включающем около 5 000 природных белков дрожжей K. phaffii [[49]]. Вместо простого подсчёта частот, encoder-decoder архитектура учится «синтаксису» — как кодоны сочетаются друг с другом, какие паттерны характерны для высокоэкспрессируемых генов, какие последовательности могут подавлять экспрессию. Как отмечает профессор Дж. Кристофер Лав, «модель учится не просто оптимизировать задачу, а контекстуализировать решение через биофизические и биохимические принципы».
Если вы работаете с биопроизводством: модель Pichia-CLM доступна как open-source. Её можно дообучить на данных вашего организма-хозяина — это даст преимущество перед универсальными коммерческими инструментами.
Результаты: 5 из 6 белков превзошли коммерческие аналоги
Исследователи протестировали модель на шести целевых белках: гормон роста человека, сывороточный альбумин, трастузумаб (моноклональное антитело против рака) и другие. Для каждого белка модель сгенерировала оптимизированную последовательность, которую затем встроили в дрожжи и измерили выход продукта. Для пяти из шести белков последовательности от MIT показали наилучший результат; для шестого — второй по эффективности.
Важно: сравнение проводилось с четырьмя коммерческими инструментами оптимизации кодонов. Это не абстрактный бенчмарк, а прямое сопоставление с инструментами, которые уже используют в индустрии. Как отмечает ведущий автор Харини Нараянан, «мы экспериментально сравнили подходы и показали, что наш метод превосходит остальные».
«Наличие предсказательных инструментов, которые стабильно работают, критически важно для сокращения времени от идеи до производства. Устранение неопределённости в итоге экономит время и деньги».— Дж. Кристофер Лав, профессор химической инженерии MIT, со-директор MIT Initiative for New Manufacturing
Экономика: где именно экономия?
Давайте посчитаем. Разработка нового биологического препарата стоит в среднем $1–2 млрд. Если 15–20% этой суммы уходит на оптимизацию производственного процесса, то речь о $150–400 млн на препарат. Даже 20–30% сокращение затрат на этом этапе — это десятки миллионов долларов экономии. Для портфеля из 10–20 препаратов в крупной фармкомпании совокупная экономия может достигать миллиардов.
Но экономия — не только в деньгах. Время — критический ресурс. Традиционный цикл «спроектировать → протестировать → переделать» занимает месяцы. Если модель сокращает число итераций вдвое, это ускоряет вывод препарата на рынок на 6–12 месяцев. В условиях патентной гонки это конкурентное преимущество.
❓ Почему дрожжи Komagataella phaffii, а не E. coli или клетки млекопитающих?
K. phaffii (ранее Pichia pastoris) — промышленный стандарт для производства сложных белков: инсулина, вакцин против гепатита B, моноклональных антител. Эти дрожжи сочетают высокую плотность биомассы, способность к посттрансляционным модификациям (как у клеток млекопитающих) и простоту культивирования. Модель MIT фокусируется на этом организме, но архитектура позволяет адаптировать её под другие системы — исследователи уже протестировали подход на данных человека и коровы, получив видоспецифичные предсказания.
Что модель «поняла» сама: биофизика в скрытых слоях
Один из самых интересных результатов — анализ внутренней работы модели. Исследователи обнаружили, что Pichia-CLM самостоятельно «открыла» биологические принципы, которые ей не преподавали явно. Например, модель научилась избегать негативных повторов — последовательностей ДНК, подавляющих экспрессию соседних генов. Она также начала группировать аминокислоты по гидрофобности и гидрофильности — ключевым параметрам для сворачивания белка.
Это важный сигнал: модель не просто запоминает паттерны, а формирует внутреннее представление о биофизике процесса. Для венчурных инвесторов это означает снижение риска «чёрного ящика»: предсказания модели интерпретируемы и согласуются с известной биологией.
Ограничения и следующий шаг
Модель пока специализирована на K. phaffii. Для других организмов требуется дообучение на соответствующих данных. Также важно: модель оптимизирует последовательность для экспрессии, но не гарантирует, что полученный белок будет функциональным in vivo — для этого нужны дополнительные экспериментальные валидации.
Тем не менее, код Pichia-CLM уже открыт для исследователей. Это создаёт потенциал для коллабораций: фармкомпании могут дообучать модель на своих данных, академические лаборатории — тестировать гипотезы, стартапы — строить сервисы на базе API.
Pichia-CLM: открытый код
Репозиторий с кодом модели и инструкциями по дообучению под новые организмы. Подходит для исследователей и биотех-стартапов.
Практические выводы для индустрии
Для венчурных инвесторов: технология снижает барьер входа в биопроизводство. Стартапы с сильной ML-командой могут конкурировать с крупными игроками, предлагая оптимизацию как сервис.
Для технических лидеров: интеграция Pichia-CLM в pipeline разработки требует минимальных изменений — модель принимает FASTA-последовательности и возвращает оптимизированные кодоны. Это можно внедрить за 2–4 недели.
Для регуляторов: предсказуемость производственного процесса упрощает валидацию и одобрение препаратов. Это косвенно ускоряет доступ пациентов к новым терапиям.
Модель не заменяет экспериментальную валидацию. Она сокращает число итераций, но финальное тестирование in vitro и in vivo остаётся обязательным этапом.
Источники
MIT News: New AI model could cut the costs of developing protein drugs
Официальный пресс-релиз MIT с деталями исследования, методологии и цитатами авторов. Опубликован 16 февраля 2026 года.
PNAS: Pichia-CLM: A language model–based codon optimization pipeline
Рецензируемая статья с полным описанием архитектуры модели, данных обучения и экспериментальных результатов.
